[发明专利]一种损耗补偿的频分复用毫米波三维成像装置及方法

说明书

本发明公开了一种损耗补偿的频分复用毫米波三维成像装置及方法，包括：依次连接的控制单元、射频单元和天线阵列；射频单元包括倍频器阵列、功分器阵列、毫米波收发阵列、电子开关阵列、正交混频器阵列和分路器阵列；倍频器阵列与功分器阵列连接，功分器阵列的输出一路与毫米波收发阵列连接，另一路与正交混频器阵列连接，所述毫米波收发阵列的输出与正交混频器阵列连接，所述正交混频器阵列与分路器阵列连接；本发明有益效果：将目标物的后向散射数据模型，等效为计算光场传播过程的角谱公式，在图像重建过程中，补偿了毫米波在空间中的传播损耗，提高了毫米波三维成像的质量。

技术领域

本发明属于毫米波成像领域，尤其涉及一种损耗补偿的频分复用毫米波三维成像装置及方法。

背景技术

频率在30GHz～300GH范围内的毫米波凭借其衣物穿透性好、成像分辨率高、非电离辐射等优良特性，特别适合应用在人体安检领域。相关的毫米波三维成像装置及方法，成为当前的研究热点。

现有产品中，应用广泛的三维毫米波成像技术分为两类：全息成像技术和距离徙动技术。

毫米波全息成像技术源自光学全息技术，将近场目标物的散射球面波分解为多个平面波的叠加，利用采集得到的目标物散射波阵面的幅度和相位信息，经过二维傅里叶变换、相位补偿、波数域插值、三维傅里叶逆变换等四个步骤，完成目标物图像的重建。与早期的基于菲涅尔近似的数字重建技术相比，极大提高了成像分辨率。

毫米波距离徙动技术源自合成孔径雷达的距离徙动方法，将采集得到的目标物后向散射数据，在频域与相位参考指数项相乘，移动到与孔径平面平行的目标物平面，再消除残余径向曲率，得到目标物图像。关键点是利用驻定相位方法，以及时域卷积与频域乘积的换算，将两次距离徙动相关的指数项在平面上的二重积分，近似为相位补偿后横向波数域的二重积分。

但是，传统的全息成像技术和距离徙动技术在图像重建过程中，都忽略了电磁波在空间中的传播损耗，不可避免的会影响近场毫米波三维成像的质量。

发明内容

为了解决现有技术存在的不足，本发明提供了一种损耗补偿的频分复用毫米波三维成像装置及方法，本发明将目标物的后向散射数据模型，等效为计算光场传播过程的角谱公式，保留了与传播损耗相关的衰减项，通过横向二维傅里叶变换、相位补偿、插值处理、横向二维傅里叶逆变换、径向一维傅里叶变换、径向频移、损耗补偿、相位校正等操作，完成目标物的三维图像重建。在图像重建过程中，补偿了毫米波在空间中的传播损耗，实现了目标物的径向定位，提高了毫米波三维成像的质量。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明公开了一种损耗补偿的频分复用毫米波三维成像装置，包括：依次连接的控制单元、射频单元和天线阵列；

所述射频单元包括倍频器阵列、功分器阵列、毫米波收发阵列、电子开关阵列、正交混频器阵列和分路器阵列；

所述倍频器阵列与功分器阵列连接，功分器阵列的输出一路与毫米波收发阵列连接，另一路与正交混频器阵列连接，所述毫米波收发阵列的输出与正交混频器阵列连接，所述正交混频器阵列与分路器阵列连接；

所述控制单元控制向倍频器阵列输出周期性的多频信号；所述控制单元接收分路器阵列的模拟信号，将所述模拟信号转换为数字信号后重建目标物的图像并显示。

进一步地，所述控制单元包括中央处理器、多频信号同步发生器、多路数据采集卡和显示器；

所述中央处理器通过数据传输总线与多频信号同步发生器、多路数据采集卡和显示器分别连接；所述多频信号同步发生器与倍频器阵列连接，所述多路数据采集卡与分路器阵列连接。